Использование электронного обучение при изучении физики и математики в основной школе
статья на тему

Использование электронного обучение при изучении физики и математики  в основной школе

Современное образование немыслимо без применения информационных технологий, которые проникли во все сферы человеческой деятельности. Компьютерные усовершенствования за короткий отрезок времени изменили традиционные взгляды на процессы изучения окружающего мира в образовательном аспекте. В современном мире уже невозможно представить себе обучение без мультимедийных технологий. Это касается и фундаментальных дисциплин – математики и физики.

В настоящее время в нашем обществе изменился взгляд на традиционный процесс обучения, идёт поиск новых форм и методов обучения и воспитания, которые бы наиболее полно и правильно помогали решать воспитательные задачи, стоящие перед учителями-педагогами.

Очевидно, что необходимо изменение школьного образования, в частности физического и математического, - его дифференциации с учётом интересов и способностей учащихся. Попытки снижения уровня абстрактного математического описания до минимума или полного перехода на качественный уровень снижают познавательное значение предмета, а то и вовсе выхолащивают смысл физического знания, подменяя его яркими аналогиями, остроумными сравнениями и другими примерами популярной литературы, которые воспринимаются учащимися как физика.

Нельзя согласиться, и с предложениями сделать из физики предмет типа «кое-что кое и чём», исключив обобщения на уровне фундаментальных теорий. В результате такого подхода не удаётся познакомить учащихся с одним из самых удивительных достижений цивилизации – единой научной картиной мира. Электроника и вычислительная техника становятся компонентами содержания обучения физике и математике, средствами оптимизации и повышения эффективности учебного процесса, а также способствуют реализации многих принципов развивающего обучения.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что изучение физики и математики – сложный процесс и в тоже время имеет большое применение в области науки и практической деятельности и наша задача сделать этот процесс более доступным и понятным для учащихся. Данный курс очень объемный по своему содержанию, но время на изучение отводиться не так много, поэтому встает вопрос «Какими средствами можно сократить изучение данного материала?».

В настоящее время в процессе обучения компьютер является неким посредником между учителем и учащимся, студентом и преподавателем. Он позволяет организовать процесс обучения по индивидуальной программе. Обучающийся за пультом компьютера может сам выбирать наиболее удобную скорость подачи и усвоения материала. Главным преимуществом является возможность работать с каждым обучающимся отдельно. В результате чего индивидуализация обучения позволяет улучшить качество подготовки по предмету, сокращает время изучения темы, может наглядно продемонстрировать решение.  С помощью электронных средств обучения существует обратная связь между обучающимся и компьютером, поэтому возникает вопрос: «С помощью какой технологии вести образовательный процесс, какими инструментами пользоваться для демонстрации различных видов функции, какие технологии выбирать для изучения курса математики и физики?».

Учащийся учителю ничего не должен. А учитель учащемуся должен помочь учиться, так как он сам выбрал профессию учителя и заключил трудовой договор с обществом.  Поэтому  подготовка учителя к уроку должна начинаться с поиска  ответов на такие вопросы, как: «Чем может быть интересна эта тема учащимся?» и «Как я смогу привлечь их внимание к изучению этой темой?».

Возникающее противоречие между количеством информационных инструментов, которые можно использовать при изучении, и их несовершенством и отсутствием описания или методики говорит об актуальности данного проекта.

Президент РФ Дмитрий Медведев подписал Федеральный закон «О внесении изменений в Закон Российской Федерации «Об образовании» в части применения электронного обучения, дистанционных образовательных технологий».

Документ устанавливает, что при реализации образовательных программ независимо от форм получения образования могут применяться электронное обучение, дистанционные образовательные технологии в порядке, установленном федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере образования, что также указывает на актуальность использования электронного обучения при изучении школьных предметов.

Федеральный закон принят Госдумой 14 февраля 2012 г. и одобрен Советом Федерации 22 февраля 2012 г..

Федеральный закон содержит определение понятий «электронное обучение» и «дистанционные образовательные технологии», а также уточняет процедуру лицензирования образовательных учреждений, применяющих электронное обучение, дистанционные образовательные технологии.

Под электронным обучением понимается организация образовательного процесса с применением содержащейся в базах данных и используемой при реализации образовательных программ информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий, технических средств, а также информационно-телекоммуникационных сетей, обеспечивающих передачу по линиям связи указанной информации, взаимодействие участников образовательного процесса.

Электронное обучение (e-learning) – это передача знаний и управление процессом обучения с помощью новых информационных и телекоммуникационных технологий. В процессе электронного обучения используются интерактивные электронные средства доставки информации, преимущественно Интернет и корпоративные сети компаний, но не исключены и другие способы, как, например, компакт-диски.

Европейская комиссия определяет E-Learning как «использование новых информационных технологий, технологий мультимедиа и Internet (ICT) для повышения качества обучения за счет улучшения доступа к ресурсам и сервисам, а также удаленного обмена знаниями и совместной работы».

Рис.1. Схема структуры электронного обучения

Целью проекта является отбор и разработка учебно-методических материалов с использованием электронных ресурсов для изучения физики и математики в основной школе.

Для достижения цели мы решили следующие задачи:

1. Проанализировать существующие технологии электронного обучения, используемые при обучении физики и математики;
2. Рассмотрели решение различных задач по отдельным темам курса физики и математики.
3. Разработали лабораторные работы по исследованию функций с использованием технологий электронного обучения.
4. Разработали методические рекомендации по использованию созданных лабораторных работ.

Использование электронного обучения в изучении математики

На первом этапе реализации данного проекта был проведен анализ существующих электронных образовательных ресурсов, таких как:

1. Учебно-методический комплекс «Математика 5–6» («Просвещение-МЕДИА»).
2.  Программно-методический комплекс «Математика. Средняя школа». («ИНИТ-СОФТ»).
3.  «Витаминный курс. Математика-6» («Плэй ТЭН»).
4. «Математика 5–11. Практикум» («1С-Школа»).
5. «Математикус: обучение с приключением» («МедиаХауз»).

С седьмого класса начинается освоение базового курса информатики. Однако инструментальные программные средства ученикам еще не доступны, поэтому важно продолжить использование программных комплексов, реализующихся математике. Здесь также можно привести обширный перечень подобных пакетов, но ограничимся небольшим списком.

1. «Алгебра 7–9» («Просвещение - МЕДИА»).
2. «Планиметрия 7–9» («1С-Кудиц»).
3.  «Живая геометрия» (Geometer's Sketchpad, Key Curriculum Press).

Выделим несколько программных комплексов, способствующих развитию познавательной деятельности в старших классах.

1. Электронный учебник-справочник «Алгебра и начала анализа 10–11» («Просвещение - МЕДИА»).
2.  Учебно-методический комплекс «Алгебра 7–11» («1С-Кудиц»).
3. «Открытая математика» («ООО Физикон»).
4. Учебно-методический комплекс «Стереометрия 10–11» («1С-Кудиц»).

С целью использования компьютера в качестве инструмента вычислений могут быть привлечены следующие программные средства: виртуальные лаборатории; табличные процессоры (Quattro Pro, MS Excel и др.); языки программирования (Basic, Pascal и др.); пакеты символьной математики (Maple, MatLAB, Derive, Mathcad и др.); пакеты статистической обработки данных (Statistica и др.)

Анализ пакета прикладных программ, используемых при обучении математики

На втором этапе реализации проекта был произведен анализ пакета прикладных программ взависимости от изучаемого предмета (см. таблица 1).

Таблица №1

        Мы рассмотрели только часть программ используемых при изучении математики. Данные программы являются образовательным свободным программным обеспечением.

        При использовании электронных средств в обучении, а в частности образовательных свободных программ, значительно изменяются способы формирования визуальной информации. Если традиционная наглядность обучения подразумевала конкретность изучаемого объекта, то при использовании компьютерных технологий становится возможной динамическая интерпретация существенных свойств не только реальных объектов, но и научных закономерностей, теорий, понятий.

        Использование электронных средств обучения позволяет значительно усилить мотивацию учения, индивидуализировать и дифференцировать процесс обучения.

Использование программы «Живая геометрия» для изучения темы «Исследование функции»

На третьем этапе проекта были разработаны лабораторные работы в программе «Живая геометрия» по теме «Исследование функции с помощью первой производной», а также представлены методические рекомендации по выполнению данных лабораторных работ.

Для исследования функции с помощью производной мы разработали лабораторную работу с использованием компьютерной программы «Живая геометрия», потому что при выполнении работ такого вида у учащихся происходит визуализация различных процессов, лучше усваивается учебная информация, так как привлекаются все органы чувств, происходит логическая обработка практического материала.

Провести лабораторную работу можно на любом этапе формирования математического понятия. На этапе актуализации знаний данную программу можно применить для повторения учебного материала или первичного усвоения материала. На этапе формирования знаний умений и навыков целесообразно использовать данный вид деятельности для осознания и осмысления блока учебной информации. Также использование данной программы может осуществляться на этапе применения учебного материала на практике.

Проведение первой лабораторной работы в программе «Живая геометрия» предполагается на этапе актуализации знаний учащихся, то есть при систематизации сведений о линейной функции.  С линейной функцией учащиеся уже встречались в шестом – седьмом классах, а введение понятия производной рассматривается в десятом классе, поэтому целесообразно повторение теоретической основы изученного материала, потому что он послужит фундаментом для дальнейшего изучения и введения нового математического понятия.

Данная лабораторная работа  рассчитана на тридцать минут, что соответствует нормам работы за компьютером для учащихся десятого класса. Лабораторная работа состоит из трех заданий, к каждому заданию представлен алгоритм выполнения.

Главной целью первой лабораторной работы является: познакомить учащихся с программой «Живая геометрия», а также систематизировать сведения о линейной функции (см. Приложение №1).

Каждое из заданий имеет свой уровень сложности. Уровень сложности в данной лабораторной работе расположен «от простого к сложному».

Цель первого задания заключается в следующем:  формировать умения учащихся строить линейную функцию, заданную аналитически, в программе «Живая геометрия».

Цель второго задания: формировать умения находить тангенс угла наклона прямой к положительному направлению оси Ох, используя программу «Живая геометрия».

Целью третьего задания является актуализация и визуализация взаимосвязи между угловым коэффициентом прямой и положением этой прямой.

Интегрированный урок математика и информатика

Умение интегрировать знания из разных наук – одно из важнейших качеств современного человека. Поэтому содержание образование – это не свод знаний, а прежде всего организация образовательного процесса на основе системно-деятельностного подхода. Все, что познается и усваивается в школе, должно иметь личностный смысл.

Для учащихся 7 класса проводился интегрированный урок математики и информатики по теме «Решение задач с помощью уравнений с использованием электронных таблиц Excel».  На данном уроке учащимся предлагалось выполнить следующие виды заданий: на этапе актуализации знаний учащихся была проведена игра «Математический ринг», на интерактивной доске было представлено поле электронной таблицы, каждая ячейка содержала вопрос для другой команды (применение приставки mimio). Следующим этапом урока была работа в парах, учащимся предлагалось заполнить таблицу по условию задачи и решить ее, а также по получившимся ответам построить диаграмму (логотип фирмы apple). На этапе закрепления изученного материала – работа в группах, каждой группе была предложена таблица с данными, задачей ребят была по указанным данным придумать задачу и решить ее. Домашним заданием учащихся являлась карточка с задачами разного уровня сложности, которые они должны были оформить с использованием таблиц Excel и решить ее, после чего работы отправить на электронный адрес электронной почты учителей (см. Приложение №2).

Создание и использование дистанционных курсов по теме «Исследование функции»

        Курс включает в себя видео урок по теме «Функция. Область определения функции», также большое количество интерактивных презентаций, после изучения каждого раздела предлагается выполнить самостоятельную работу, практическую работу, а также контрольный тест по пройденному материалу. После прохождения всего курса, учащимся предлагается выполнить итоговый тест, если итоговый тест не пройден, то курс предлагается пройти еще раз. Учащийся не может приступить к изучению другого подраздела, пока не выполнит успешно промежуточный контроль. Курс был создан с использованием Moodle (см. Приложение №3).

Использование электронного обучения при изучении физики

1. Интерактивная презентация с использованием средств SmartBoard

При изучении темы «Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов»,  на этапе обобщения знаний учащихся, мы предлагаем провести урок с использованием интерактивной презентации.

Целью урока является обобщить полученные знания по теме «Магнитное поле. Постоянные магниты».

На начальном этапе данного урока предлагается провести фронтальный опрос учащихся, с целью выявления уровня подготовке к последующей работе.

Данный этап урока был проведен в виде игры, суть которой заключалось в следующем: учащиеся делились на две команды, каждая из которых запускала игральную кость с помощью мыши, выпадала цифра, данной цифре соответствовал свой вопрос, на который команда должна была ответить. Та команда, которая набрала больше всего баллов и побеждала.

На следующем этапе урока учащимся предлагалось с помощью интерактивной доски составлять слова по данной теме, если учащиеся затруднялись, выводился вопрос-подсказка. Причем к следующему слову они не могли преступить, пока не отгадывали предыдущее.

Еще одно задание, которое вызвала у учащихся интерес – это задачи на соответствие. Смысл данного испытания заключался в том, что ребята должны были поставить соответствие между приборами и их названием, и если соответствие было неверным, то их предупреждал об этом звуковой сигнал.

На заключительном этапе была предложена для учащихся игра на развитие памяти, целью которой было удалить совпадающие карточки. Данного вида задание было ориентировано на то, чтобы учащиеся запоминали прибор, которые используются при измерении.

Цель данного урока была достигнута, а именно обобщили полученные знания по теме, мотивировали учащихся на изучение данного материала, развивали творческие способности у учащихся, конечно, не все задуманное удалось, но учащиеся остались довольны (см. Приложение №4).

2. Использование на уроке видеофрагмента решения задачи

Видеоуроки – это один из видов электронного обучения, который позволяют дать материал в полном объеме.

Такого вида уроки позволяют рассказать и показать все, что требует программа, не нарушая основной принцип обучения – принцип наглядности.

Мы создавали видео-урок для решение задачи, которая представлена ниже. При решении данной задачи, возникает необходимость рассмотреть  две подзадачи, которые приводят к решению основной.

Задача повышенного уровня, но если учащиеся научаться разбивать ее на подуровни, то ее решение не составит труда. Видео-урок был создан с той целью, чтобы учащиеся смогли неоднократно обратиться к нему, выделить те моменты, которые у них вызывают затруднения. Такого вида урок упрощает деятельность учителя потому, что кто пропустил по каким-либо причинам данный материал, может обратиться к нему и выделить для себя существенные моменты и ответить на возникающие вопросы. Также он может использоваться при подготовки к ГИА или ЕГЭ (см. Приложение №5).

Данная задачи была разработана с использованием приложения к Smart Board.

Необходимо обратить внимание на то, что конечно в данном уроке могут быть допущены как речевые, так и методические ошибки, поэтому прежде чем создавать данный вид деятельности, необходимо его апробировать и с каждым разом выделять недочеты и их исправлять. Что же касается видео-уроков в сети интернет, то прежде чем использовать их необходимо все проверить потому, что весь интернет переполнен различные видами  видео-уроков по различным темам, но не все они удовлетворяют требованиям по созданию и разработки, не говоря о методических и вычислительных ошибках.

Межпредметные связи физики и предметов гуманитарного цикла с использованием электронных образовательных ресурсов.

Связь таких предметов как физики и информатика была показана при использовании электронных таблиц для  изучение темы «Закон Ома».

Нами были созданы качественные задачи которые можно использовать при изучении темы электричество с использованием видео фрагментов. Данные задачи основаны на установление межпредметных связей предмета физики и литературы. Такого вида урока представит больший интерес для учащихся гуманитарных классов.

Задача в видео фрагменте представлена следующим образом: звучит музыка и читается отрывок из произведение автора, по данной тематике, после чего учащимся предлагается ответить на вопросы, которые возникают после прочтения данного произведения.

Эти видео фрагменты можно использовать не только при решении качественных задач, но и для мотивации учащихся, а также показать практическую значимость данной темы в различных областях                     (см. Приложение №6).

Рис. 13. Видео фрагмент

При разработке подобного вида задач не обязательно искать произведения или стихотворения, наверняка все встречались с различными мультфильмами, где описано какое-либо физическое явление, просто учащиеся никогда не акцентировали на этом свое внимание, а оказывается, оно может быть описано с точки зрения физики. Примером может служить «Ну, погоди!», после просмотра эпизода задается вопрос «Может ли шар подняться на определенную высоту?» (см. Приложение №7)

В перспективе на ближайший год на базе 10-А и 7-Б классов создание дистанционных курсов по алгебре и геометрии. В процессе составления данных курсов учащиеся не только осуществляют выборку различных задач, составление тестов и интерактивных презентаций, но и обобщают полученные знания, систематизируют их, а также выходят на совершенно другой уровень  восприятия данного учебного материала. Одна из главных задач школы – формирование креативности, под которой понимается способность  создания связи между знаниями, умениями и навыками. Креативный человек – это тот, кто способен связать частички своего опыта и синтезировать что-то новое.

«Только технология в союзе с гуманитарными науками дает результат, который заставляет наши сердца петь» – слова Стива Джобса.

Именно разумное сочетание естественно-научного, математического и гуманитарного знания поможет обеспечить тот интеллектуальный и экономический прорыв, которого ждет наше общество.